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激光法測量熱擴散系數原理
點擊次數:4185 更新時間:2014-06-27

嚴格來說,閃光法(因為光源可以是激光,有時候又稱作激光法)并不是測量導熱系數的方法,而是測量材料熱擴散系數的方法.

 

熱擴散系數測量原理

該方法使用激光或者疝燈脈沖均勻照射圓盤狀試樣的正面,照射時間在毫秒級甚至更短;通過記錄樣品背面的溫度響應,就可以得到試樣的熱物性。其物理模型為,初始條件為在恒定溫度下,樣品正面收到一個瞬間能量脈沖的作用,是根據試樣的厚度、熱量從正面?zhèn)鬟f到背面所需的特征時間函數可以獲得試樣的熱擴散系數;根據比較法獲得被測樣品的比熱,然后根據輸入的密度值,計算得到樣品的導熱系數。

 

比熱測量原理

利用閃光法測量比熱,是基于比較法測定的。用比較法測定比熱容,是將已知比熱容的標準樣品與待測樣品一起,放在多樣品的閃光法熱擴散儀內,在相同條件下測定標準樣品和待測樣品。假設標樣和待測樣品分別吸收到的脈沖輻射強度相同,根據能量平衡方程式就可以求得待測樣品的比熱容:

Q = CpB×MB×ΔTB = CpX×MX×ΔTX

B 表示標樣;

X 表示被測樣品;

其中,MB,MX 分別表示標樣和待測樣品的質量;

ΔTB,ΔTX 分別表示標樣和待測樣品收到激光輻照射之后的zui大溫升;

 

用激光法測量比熱,有一個很重要的前提是,被測樣品的結構、表面特性、以及物理性質必須與參考樣品非常接近,否則將容易產生誤差。

 

激光法獲得導熱系數

在閃光法獲得導熱系數的應用中,對于公式

λ = α×ρ×Cp

式中,材料的熱擴散系數由閃光法直接測量;

材料的體積密度由其他方法測量或計算得到;

材料的比熱可以通過查找文獻、其他方法測量或者同時利用閃光法方法測量得到;

 

從上可以看出,用激光法獲得的導熱系數的準確度,將很大程度取決于比熱、密度的測量準確度。

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